矿井防灭火新技术

产 生了大量的三相泡沫 ， 在防灭火 区域迅 速堆积 ，
体相互作 用产生 出三相泡沫 。
很 快就充 满 了整个 防灭火 区域 。应用 结 果 ： 煤 粉 灰三相泡 沫注入 防灭火 区 域后 ， 有 自然发 火倾 使
豳 圃
图 １ 三 相 泡沫产 生 流程 图
向的煤层 迅 速 与空 气 中 的 ０ ２隔绝 并 冷 却 降 温 ；
采空 区 内的 Ｃ Ｏ浓 度 明显降 低 ， 防灭 火 效果 非 常
显著 。
（） ２ 在柴里 煤 矿 的应 用 。枣 庄 矿业 集 团柴里
煤 矿 为 国有 重 点 煤 矿 ， 产 ３ ０ ｔ 该 矿 的 自 年 ０万 。
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２ ４ 三相泡沫参数试验 ．
１ ・ ７
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第３ 卷 第７ ５ 期
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煤 矿 安 全
２０ 年７ ０４ 月
安 全 技 术 ・
文 章编 号 ：０ ３ ９ Ｘ（０ ４ ０ １０ —４ ６ ２ ０ ）７—０ １ ０ ６—０ ３
矿 井 防 灭 火 新 技 术
王德 明
三 相 泡 沫
管路中 ， 浆液与 发泡 剂在 流 动的混 合器 中混合 后 进 人发 泡器 ， 在发 泡器 中接人氮气管路 ， 实验 中采
用空压机 ， 氮气与 含有 发泡 剂 的粉 煤 灰 （ 泥） 黄 浆
应用 区域。当在 粉煤 灰浆 液通 人氮 气 ， 并加 入 发 泡剂和稳炮剂 ， 通过 自制的三相泡沫发 生器后 ， 就
煤的氧化 ， 从而有效地 防治煤炭 自然发火 ， 这是三 相泡沫防灭火性 能的优越性 。
２ ２ 三相 泡 沫 的发 泡机 理 ．
分， 在实验室不 同种 类 的发泡剂 对粉 煤 灰 和黄泥
的发泡性能进 行 了大量 的实 验 ； 研制 出了三 相泡
沫发泡装置 ， 将 该项 技术 应用 于姚 桥煤 矿 和柴 并 里煤矿 ， 获得 了很好 的防灭火效果 。
理发泡 ， 形成 了防灭火三相泡 沫。
三相泡 沫 所 采用 的发 泡 方 式 是物 理 机 械 发
泡， 因此要 产 生 高倍 数 的三相 泡 沫 ， 泡 器是 关 发
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第３ 卷第７ ５ 期
煤 矿 安 全
２０ 年７ ０４ 月
灭火功能 。三相 泡沫 中含有粉煤灰或黄 泥等 固态
灰堵 漏效果 差 、 矸石 制浆成本 高 ； 水玻璃一 铵盐凝 胶产生有毒 有味的氨气 、 高分子凝胶 成本高 ； 水泥 砂浆 、 高水材料 、 泡沫树脂成本高 ， 工艺复杂 ； 惰气 易随漏风扩散 ， 不易滞 留在注入 的区域 内。
为了克服现 有 防灭火技 术存 在 的不 足 ， 中国
摘
要： 文章分析 了多漏风 汇 高瓦斯综采工作 面采 空 区 自然发 火的危险性 ， 探讨 了因采 空区漏风
而引起 的高瓦斯 工作面 自然发 火的防治技 术。只有采用均压 、 制工作 面风量 、 快工作 面推进 控 加 速度 、 增加 密闭墙的 密封性和 工作 面下 口挂风 帘等综合 防火技术 ， 才能保证此 类工作 面的安全 生
高 了防灭火 效率 。 由于三相 泡 沫发泡倍 数 较高 。
为 防治煤炭 自燃 ， 国内外广泛采用 灌浆 、 喷洒
阻化剂 、 注惰气等技术 。在灌浆材料 方面 ， 主要是 黄泥 、 煤灰 ， 外还 有矸石 、 粉 此 砂子 、 泥砂 浆 、 水 石
膏、 高水材 料等 ； 近年来 ， 又较广泛地采用 了凝胶 、
单位体 积的泡 沫材料 成本 大 幅下 降 ， 具有较 高 的
经 挤效 益 。
胶 体泥浆 、 阻化汽雾 、 泡沫树脂 等防灭 火技术 。但
还存在一些 问题 ： 泥灌浆会 消耗大量农 田、 黄 粉煤
与现 有的防灭 火技 术及 材 料相 比 ， 三相 泡沫
兼有一般 注浆方法和惰气 泡沫防灭火的优点。泥 浆通过注入 氮气发 泡 后形 成 三相泡 沫 ， 体积大 幅 快速增 加 ， 并在 采空 区 中可 向高处堆 积 ， 低 、 对 高 处的浮煤都能覆 盖 ， 能够避 免 注入 的浆体从 底 部 流失 ； 注入在采空 区的氮气 被封在泡沫之 中， 能较 长时 间滞 留在 采空 区 中， 分发 挥氮 气 的窒息 防 充
２ 三相泡沫防灭火新技术 ２ １ 三相 泡沫的组成及特点 ．
在 粉 煤灰 （ 泥 ） 液 中加 入发泡 剂后 。 泡 黄 浆 发
防治煤炭 自燃 的三 相泡 沫 由 固态 不燃 物 （ 粉 煤灰 或黄 泥等）、 惰性气体 （ ２和水三相 防灭 火 Ｎ）
基金项 目： 国家 重 点 基 础 研 究 。７ ” 目（ｏ ｌ Ｂ ０６ ｏ ； ９３ 项 ２ ｏＣ ４９ｏ ）
国家 自然 科 学 基 金 项 目 （０７ ０８ ； 育 部 博 士 点 基 金 项 目 ５２４ ６ ） 教 （ｏ ２２００ ） ２ｏ ０９０ １
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剂一 方面降低 了浆 液的表面张力 ， 使之形成泡沫 ； 另一方 面使粉煤灰 （ 黄泥 ） 颗粒 由亲水性 变成疏水 性， 使之粘附 在气 泡 壁上 。浆 液通 过 发泡器 后物
在发泡 器与集 流 器之 间的旋 转斜 面 上 ， 为湍 流 成
（） ３ 发泡 倍数 对三 相 泡沫 的影 响。在 常温 常
压下， 发泡倍数 与泡 沫 的稳 定性 有 比较 密 切 的关
涡流 ， 使气一液一 固充 分混 合 。由于 泥浆 和气 体 具有较高 的动能 ， 混合 后在 低 压区造 成 了能量 过 剩， 根据热力学原理 ， 过剩 的能量 就对 三相 混合液 做功 ， 同时 由于发泡剂 的存 在 ， 形成 了大量 的具有 三相介质 的泡 沫群体 。再经过被高速泡 沫泥 浆冲 击的旋转叶轮 的进 一步泡 沫 细化后 ， 成 了均匀 形
管路中 ， 再通 过定量 螺杆 泵将 发泡 剂注 入 到注浆
层， 煤层 自燃 性强 ， 自然 发火 期 １ 个 月 ， ～３ 矿井 自
然发火危 险等级 为 Ｉ～ Ⅱ级 ， 矿井 的主要 灾害 隐 患 是煤 炭 自燃 。根据姚桥煤 矿安全生产 的实际需 要， 确定 ７ ６ 工作 面为三相 泡沫防灭火技术 工业 ３１
倍数 ３ ６ 。三相 防灭 火 泡沫 发泡 器与 上述 各 － 倍 类发泡器引入 的气源 和用 途 不 同 ， 需要 对 三相 泡
较好作用 的发泡剂 。 （） １ 发泡剂 的浓度 。通 过实验室 的实验 结果 ， 发泡剂浓度 为 ０ ２ ． ％时 ， 沫 的发 泡 能 力 就达 到 泡
（ 中国矿 业 大学 能 源科 学与 工程 学院 ， 苏 徐 州 ２ １ Ｏ ） 江 ２ Ｏ ８
摘
要： 文章介 绍 了防治煤炭 自燃 的一种新技术—— 三相 泡沫的组成 、 特点 、 泡机 理 、 发 参数试验
和 现 场 实 际应 用 效果 ， 煤 矿 井 下 防 灭 火提 供 了 又一 新 的技 术 手段 。 为
矿业大学提 出了采用含 氮气 的三相 泡沫进行井下
防灭火的创 新思路 。针对粉煤灰 和黄 泥的物相成
物质 ， 这些 固态物质是三相泡 沫面膜的一部分 ， 可 较长 时间保持泡沫 的稳 定性 ， 即使 泡沫破碎了 ， 具 有一定粘 度的粉煤灰或 黄泥仍 然可较均匀地覆盖 在浮煤上 ， 可持久有 效地阻碍煤对氧 的吸 附 ， 防止
量 的实验研究 ， 优化选 择 出对粉 煤 灰和 黄 泥具 有
填机及建筑行业 的泡沫混凝土泡 沫发 生器。矿用 泡沫水泥充填机 利用 螺杆 泵 的吸空 特性 （ 不饱 和
效应 ） 引人大量空气发泡 ， 来 即螺杆泵送浆 量小于 螺杆泵的流量 ， 量吸 人 的空气 与浆 液和 在管 道 大
中得到进一步 的充分 搅拌 而形 成 泡沫水 泥 ， 泡 发
发泡能力有很 大 的影 响 ， 因此 也必 须 确定 出合 适 的浆液浓度才 能保证 三相 泡沫 的 泡沫性 能最 佳 。
实验证明 ， 粉煤 灰（ 黄泥 ） 液浓 度在 ２ ％～５ ％ 浆 ０ ０
时泡沫的性能最好 。
何 动力装 置 ， 仅利用 浆体 的能 量 ， 进入发 泡器后 ，
多漏风汇 高瓦 斯工 作 面 ， 面是 东 四采 区 Ｃ３ 该 ｜槽 第一水平西翼第 ７ 带 ， 到东 四 回风煤上 山， 条 东 西
至东 三下 段 轨道 上 山， 为 １８ （ ） 南 ７ ２ ３ 工作 面 （ 末 采） 北为东 四运输大巷 ， 邻 １ ５ （ ） ， 西 ５ １ ３ 综采 面（ 已 于 １９ ９ ６年 ２月 １ ６日收作 ）该 面 走 向长 ７ ０ｍ， ， ６ 倾 斜长为 １０ｍ， ５ 煤层总厚度 为 ３ ５ ４ ４ｍ， ． － ． 平均 为 ４ｍ， 煤层倾 角 为 ６ ～８， 均 为 ７ ， 。 。平 。 直接 顶 为 泥岩 ， 老顶为 粉细砂 岩 。采用 沿走 向后 退式 采煤
致密细腻 的三相 泡沫。
２ ３ 三 相 泡 沫 实验 装 置 ．
系， 一般是泡沫 的稳 定性随发泡倍数增高 而降低 。
２ ５ 实验 室发 泡试 验 结 果 ．
为了考察 高发泡 倍数 的发 泡效 果 ， 实 验室 在
构建 了三相泡 沫实 验 系统 ， 我们 在该 实 验条 件下
进行 的三相 泡沫实验 ， 发泡倍数 为 ２ 倍 。 Ｏ
２ ６ 现 场 实 际应 用 ．
（） 大屯 煤 电公 司 的应 用。 大 屯煤 电 （ １在 集 团） 有限责任 公 司姚桥煤矿位 于江苏省沛县境 内， 为特大型现代化矿井 。开采煤层为易 自然发火煤
三相泡沫产生 流程 如图 １ 所示 。首先在制浆
站中 ， 将一定 比例 的水 与粉 煤灰 （ 泥） 黄 搅拌 混合 形成粉煤灰 （ 泥 ） 体 ， 过压力 泵输 送 到注浆 黄 浆 通
较高值 。
沫物理发泡的动 力学 特性 进行 研究 ， 据 此设计 并
新的三相泡沫发泡器 。
（） ２ 浆液浓 度。浆 液浓度 的大小对 发 泡剂 的
根据三相泡 沫的 特点 ， 国矿业 大 学专 门研 中 究 制作 了一种适用 于形成 三相泡沫的发泡器 。研 究制作 的发 泡器 结构 简单 ， 泡器 本身 不需 要任 发
键 。常用 的两相泡沫发泡器 ， 网式发泡 器 ， 如 不适 用产生 三相泡 沫。 目前未见有 防灭火 用三相泡沫 发泡器 的专 门研 究 报 道 ， 相关 的研 究报 道有 用 但 于 回采工作 面 冒落空洞处理用 的矿用 泡沫水泥充
由于粉 煤灰 （ 黄泥 ） 的成分 复杂 ， 不易 和氮 极 气、 水共存 于同一体系 中 ， 因此要形成发 泡倍数较 高、 稳定 时间较 长的三相泡沫 ， 发泡剂是关键 。 添加发泡剂 的 目的是 为了降低浆体 的表面张 力 ， 于起 泡 。发 泡 剂 的 选择 要 根 据 粉 煤 灰 （ 易 黄 泥） 的物相组成 、 显微结构 的分 析而确定 。在实 验 室， 经过对粉煤灰 （ 黄泥 ） 固体成分 的分析 ， 通过 大
产。
关 键 词 ： 炭 自燃 ； 风 汇 ； 压 防 火 煤 漏 均 中 图 分 类 号 ： ７ ２ ２ ＴＤ ５ ． 文献 标 识 码 ： Ｂ
综合 机械化采煤 由于其开采强度 大 ， 速度快 ，
在一定 程度 上缓 解 了工作 面 采 空 区煤 炭 自然 发 火 。然而 ， 对于多漏风汇高 瓦斯综采工 作面 ， 由于 瓦斯的 问题制 约 了工 作 面推进 速度 ， 空 区防 火 采
关键 词 ： 灭 火 ； 相 泡 沫 ； 泡 器 防 三 发 中 图 分 类 号 ： Ｄ７ ’ ． Ｔ ５ ２２ 文献标 识码 ： Ｂ ‘
１ 概
述
介质组成 。三相泡沫集 固、 、 三相材料 的防灭 液 气
火性能于 一体 ， Fra Baidu bibliotek用粉 煤灰 或黄泥 的覆盖性 、 氮气
的窒息性和水 的 吸热降 温性 进行 防灭火 ， 大提 大
第３卷第７ ５ 期
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煤 矿 安 全
２０ 年７ ０４ 月
安 全 技 术 ・
文 章 编 号 ：０ ３—４ ６ ２ ０ ）７—０ １ —０ １０ ９ Ｘ（０ ４ ０ ０８ ３
多漏风汇高瓦斯综采工作面 采空区防火技术实践
戴 广龙 朱贵 旺 ， 恩才 ， ， 方 高 松
（ ． 国矿 业大 学 能 源 学院 ， １中 江苏 徐 州 ２ １０ ；． 南矿 业 集 团 潘 三煤矿 ， ２０ ８２ 淮 安徽 淮 南 ２ ２９ ） ３０１